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Academic Year/course: 2020/21

436 - Bachelor's Degree in Industrial Engineering Technology

30025 - Control Engineering


Syllabus Information

Academic Year:
2020/21
Subject:
30025 - Control Engineering
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
436 - Bachelor's Degree in Industrial Engineering Technology
ECTS:
6.0
Year:
3
Semester:
Second semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

This course is divided in three main parts: (1) digital control of continuous systems; (2) state space representation and (3) modeling, analysis and design of discrete event systems. The teaching process will involve three main activities: lectures, problems resolution and laboratory classes.

  • During the lectures, theoretical and methodological concepts will be presented by using practical examples.
  • During the problem resolution classes, different problems will be developed with the participation of students.
  • Laboratory sessions will be developed individually or in groups of two students, where students will put into practice the concepts of interest, implement control systems on real systems and simulate using the computers the evolution of systems.

4.2. Learning tasks

The activities for the student include the following.

1) Lecture classes (type T1) (30 hours).
Lecture sessions of theoretical and practical content. The concepts of digital control of continuous systems and  modeling, analysis and control of discrete event systems are introduced by using real examples. Student participation through questions and brief discussions is encouraged.

2) Classes of problems and resolution of use cases (type T2) (15 hours).
Problems and case studies with student participation, coordinated at all times with the theoretical contents are developed. Students are encouraged to work the problems previously.

3) Laboratory sessions (type T3) (15 hours).
The student performs simulation, design and implement control systems on real systems. The sessions consist in a preliminary study and a practical realization in the laboratory. The preliminary study should be done prior to practice.

4) Study (type T7) (86 hours).
Student personal study of theoretical concepts and implementation problems. The ongoing work of the student is encouraged by the homogeneous distribution throughout the semester of the various learning activities. This includes tutorials, as a direct student care, identification of learning problems, guidance on the subject, attention to exercise and doubts.
 
5) Evaluation exams (T8) (4 hours).
In addition to the qualifying function, evaluation is also a learning tool with which the student checks the degree of understanding and assimilation reached.

4.3. Syllabus

The course contents are:

  • Topic 1: Introduction
  • Topic 2: Digital control of continuous systems
    • Discrete-time signals
    • Z transform: definition, properties, tables
    • Description of sampled systems
    • Discretization of continuous systems
    • Sampled Systems Analysis
    • Design of digital controllers
  • Topic 3: Internal description systems.
    • Internal description of continuous systems
    • Internal description of sampled systems
    • Basic operations in the state space
    • System poles
    • Stationary response
    • Controllability and observability
    • Feedback control
  •  Topic 4: Discrete (event) systems
    • Preliminary considerations and definition
    • Formalisms to represent the DES and interest in engineering
    • Deterministic Finite Automaton (DFA)
      • Mealy and Moore models. Transformations and minimization
      • Limitations of DFA
    • Petri nets
      • Concept, typical structures and modeling methodology
      • Some properties, analysis and implementation techniques


Five laboratory sessions will be performed related to the topics of the course.

4.4. Course planning and calendar

All classes are scheduled by EINA and are available on its website (https://eina.unizar.es/).

Each teacher publish its schedule of office hours.

The other activities are planned depending on the number of students and are available at http://add.unizar.es

 

4.5. Bibliography and recommended resources

Link:
http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30025&year=2019


Curso Académico: 2020/21

436 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

30025 - Ingeniería de control


Información del Plan Docente

Año académico:
2020/21
Asignatura:
30025 - Ingeniería de control
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
436 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales
Créditos:
6.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

Los objetivos de la asignatura son de dos tipos:

1. Teóricos: Se persigue que el alumno conozca y maneje con soltura contenidos teóricos que sustentan el control de sistemas usando el computador. Al finalizar la asignatura el alumno será capaz de:

  • Comprender el papel del computador como elemento de control.
  • Representar el comportamiento de sistemas y señales continuas en dominio discreto, así como la transformación entre uno y otro dominio.
  • Analizar y simular en el dominio discreto el comportamiento de sistemas de una o varias variables.
  • Diseñar e implementar algoritmos de control y estimación de variables.
  • Comprender la importancia de los sistemas de automatización y control distribuido.
  • Comprender las arquitecturas, buses y redes de comunicación industrial.

 2. Prácticos: Se persigue que el alumno sepa desenvolverse con soltura en un entorno real de control, aplicando y analizando el alcance práctico de los contenidos teóricos aprendidos. Al finalizar la asignatura el alumno será capaz de:

  • Simular sistemas discretizados de una y varias variables.
  • Programar controladores y estimadores de sistemas de una y varias variables.
  • Experimentar con los sistemas a controlar y sus modelos.
  • Conocer experimentar y utilizar controladores industriales.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Ingeniería de control es una asignatura de la rama de tecnologías específica. En este contexto se presentan los conceptos avanzados del control de sistemas continuos abordando aspectos teóricos, de implementación y de su implantación y aplicación práctica. Los alumnos han cursado en semestres anteriores asignaturas de Matemáticas, Física, Electrotecnia, Informática, y Sistemas Automáticos necesarias para comprender los principios básicos utilizados en la asignatura. El alumno aprende en la asignatura a analizar y diseñar sistemas de control por computador de sistemas continuos con técnicas basadas tanto en la representación externa como en la interna. Al finalizar la asignatura el alumno es capaz de comprender la transcendencia y ventajas del control de sistemas, su importancia en los procesos industriales desde el punto de vista técnico, económico y ambiental, así como de realizar su análisis y diseño. En la ya citada Sistemas automáticos los alumnos han aprendido a modelar sistemas de eventos discretos sencillos, y a implementar su control usando autómatas programables. Cuentan con la base para enfrentarse a problemas de automatización de la producción de mayor envergadura, que requieren control distribuido e intercambio de información. Sin embargo, desconocen el funcionamiento de las redes de datos, y de las redes industriales en particular. En esa asignatura se les introduce en los sistemas de supervisión y control (SCADA) y en los sistemas de control de manufactura (MES) como puente, desde los sistemas de producción en planta, hacia los sistemas de gestión empresarial (tipo ERP y similares).

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

En esta asignatura se presentan conceptos y técnicas de control por computador de sistemas continuos de una o varias variables de estado. Asimismo, se estudian los sistemas discretos y dos formalismos de modelado para estos: autómatas finitos deterministas y redes de Petri. Al finalizar, el alumno es capaz de modelar sistemas continuos y discretos, analizar su comportamiento, diseñar esquemas de control, e implementarlos usando un lenguaje convencional y con controladores industriales comerciales.

Por razones pedagógicas y de contenidos es recomendable haber cursado las materias Matemáticas I, II, III, Física I, II, Fundamentos de Electrotecnia, Fundamentos de Electrónica, Fundamentos de Informática, Sistemas Automáticos. El estudio previo de estas materias proporciona al alumno las herramientas básicas necesarias para desarrollar, analizar, simular, controlar un sistema real y conseguir su funcionamiento automático.

El estudio y trabajo continuado, desde el primer día del curso, son fundamentales para superar con el máximo aprovechamiento la asignatura. Es importante resolver cuanto antes las dudas que puedan surgir, para lo cual el estudiante cuenta con la asistencia del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a ello.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico (C4).

Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma (C7).

Capacidad para aplicar las tecnologías de la información y las comunicaciones en la Ingeniería (C5).

Capacidad para adquirir los conocimientos de los principios de la regulación automática y su aplicación a la automatización industrial (C35).

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Diseña e implementa el control por computador de un sistema, seleccionando la técnica más adecuada en función de los requisitos de control y del contexto en el que se plantean

Aplica técnicas de identificación de sistemas con el objeto de extraer modelos matemáticos adecuados para su uso en control.

Simula el comportamiento de sistemas dinámicos utilizando herramientas informáticas adecuadas para tal fin.

Diseña una jerarquía de control distribuido, resolviendo tanto las necesidades de comunicación entre los diferentes elementos del control como la supervisión informatizada del conjunto.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los conocimientos que el alumno adquiere en Ingeniería de control le sumergen en los aspectos avanzados del control y automatización de sistemas y procesos. Actualmente en los procesos se ha alcanzado a un alto grado de automatización. El control de las operaciones es realizado mediante reguladores industriales, computadores industriales, autómatas programables, controladores específicos, robots, etc. La comprensión avanzada de los procesos y las técnicas para controlarlos de forma automática pueden aportar grandes mejoras en las condiciones de trabajo, en el medio ambiente, en la calidad del producto y en la competitividad del sector que se trate. Con esta asignatura el alumno será capaz de analizar y diseñar sistemas de control complejos, en los que intervienen diversas variables que interaccionan entre sí.

Los resultados de aprendizaje de esta asignatura dotan al alumno de capacidad de análisis de situaciones reales de control de procesos industriales y le capacitan para proponer esquemas y calcular los parámetros de control adecuados que permitan cumplir con unos requisitos de funcionamiento dados. Estos resultados, y las capacidades y habilidades de ellos derivadas, tienen una gran importancia en el entorno industrial, donde el control de procesos y sistemas es una pieza clave y fundamental para el desarrollo del producto, permitiendo reducir costes, tanto económicos como ambientales, y aumentar la calidad final del producto.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

De acuerdo con la normativa de la Universidad de Zaragoza la evaluación de esta asignatura se establece como de "Tipo global".

Dada la relevancia que en la asignatura tiene la adquisición de competencias prácticas, mediante el uso de entornos informáticos y en el laboratorio, a lo largo del curso irá siendo evaluado también el trabajo, en base al estudio previo, desarrollo del trabajo práctico, elaboración de una memoria y resolución de las cuestiones planteadas.

En cada convocatoria, la evaluación comprenderá dos partes:

1. Prueba escrita individual (60%). Calificada entre 0 y 10 puntos (CT). Se realizará en periodo de exámenes. En ella se evaluará al alumno del conjunto de resultados de aprendizaje desde el punto de vista teórico y de resolución de problemas.

2. Evaluación del trabajo práctico (40%). Calificada entre 0 y 10 puntos (CP), podrá superarse a lo largo del curso (Prueba gradual). En cualquier caso se realizará una prueba individual específica durante el periodo de evaluación para los alumnos que no la hayan superado durante el curso. En ella se evaluará al alumno del conjunto de resultados de aprendizaje desde el punto de vista del trabajo práctico.

Para la superación de la asignatura es condición imprescindible obtener las dos calificaciones CP y CT mayores o iguales que 4 puntos sobre 10. Sólo en ese caso, la calificación global de la asignatura será (0.40*CP+0.60*CT). En otro caso, la calificación global será la mínima entre 4 y el resultado de aplicar la fórmula anterior. La asignatura se supera con una calificación global de 5 puntos sobre 10.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

El proceso de enseñanza se desarrollará en tres niveles principales: clases de teoría, problemas y laboratorio. Se establecen mecanismos para analizar el seguimiento de la asignatura y su trabajo personal.

  • En las clases de teoría se expondrán los fundamentos y base teórica de la asignatura ilustrado con ejemplos prácticos.
  • En las clases de problemas se desarrollarán problemas y casos tipo, con la participación de los estudiantes.
  • Se desarrollarán prácticas de laboratorio individualmente o en grupos de dos alumnos, donde el estudiante pone en práctica los conceptos de interés, implementando en simulación y en sistema reales los esquemas de control diseñados.
  • Asimismo, para motivar al estudiante se llevarán a cabo actividades de aprendizaje relacionadas con ejemplos de aplicación industrial con la tecnología actualmente disponible.

Entre otros, se contará para el proceso de aprendizaje con los recursos didácticos siguientes:

1. Transparencias y apuntes de la asignatura. Disponibles en http://add.unizar.es.

2. Hojas de problemas y Guiones de prácticas. Disponibles en http://add.unizar.es.

3. Libros recomendados: Comentados al inicio del curso y disponibles en http://add.unizar.es.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Clase presencial (tipo T1) (30 horas presenciales).

Sesiones de presentación magistral de contenidos teóricos y prácticos. Se presentan los conceptos y fundamentos del control por computador y su transcendencia ilustrándolos con ejemplos reales. Se fomenta la participación del estudiante a través de preguntas y breves debates.

Clases de problemas y resolución de casos (tipo T2) (15 horas presenciales).

Se desarrollan problemas y casos de estudio con la participación de los estudiantes, coordinados en todo momento con los contenidos teóricos. Se fomenta que el estudiante trabaje previamente los problemas.

Prácticas de laboratorio (tipo T3) (15 horas presenciales).

El estudiante realiza la simulación, puesta en marcha y análisis de sistemas de automatización y control reales. Dispone de un guión de la práctica, compuesto de estudio previo y apartados de realización práctica en laboratorio. El estudio previo debe realizarse previamente a la práctica.

Estudio (tipo T7) (86 horas no presenciales).

Estudio personal del estudiante de los conceptos teóricos y realización de problemas. Se fomenta el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje. Se incluyen aquí las tutorías, como atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación sobre la asignatura, atención a ejercicios y dudas.

Pruebas de evaluación (tipo T8) (4 horas presenciales).

Además de la función calificadora, la evaluación también es una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación alcanzado.

4.3. Programa

Los contenidos del curso son los siguientes:

  • Tema 1: Introducción
  • Tema 2: Control por computador de sistemas continuos
    • Introducción. Señales en tiempo discreto
    • Muestreo y reconstrucción
    • Transformada Z: definición, propiedades, tablas
    • Descripción de sistemas muestreados
    • Discretización de sistemas continuos
    • Análisis de sistemas muestreados
    • Diseño de reguladores
  • Tema 3: Descripción interna de sistemas
    • Descripción interna de sistemas continuos
    • Descripción interna de sistemas muestreados
    • Operaciones básicas en el espacio de estados
    • Polos del sistema
    • Respuesta estacionaria
    • Controlabilidad y observabilidad
    • Control por realimentación del estado
  • Tema 4: Sistemas de eventos discretos
    • Consideraciones previas y definición
    • Formalismos para representar los SED e interés en ingeniería
    • Autómatas de Estados Finitos Deterministas (AFD)
      • Modelos de Mealy y Moore. Transformaciones y minimización
      • Limitaciones de los AFD
    • Redes de Petri
      • Concepto, estructuras típicas y metodología de modelado
      • Algunas propiedades, técnicas de análisis e implementación

Se realizarán cinco prácticas de laboratorio relacionadas con los temas de clases de teoría.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro (horarios disponibles en su página web).

Cada profesor informa de su horario de atención de tutoría.

El resto de actividades se planifica en función del número de alumnos y se da a conocer con la suficiente antelación. Puede consultarse en http://add.unizar.es

El calendario detallado de las diversas actividades a desarrollar se establecerá una vez que la Universidad y el Centro hayan aprobado el calendario académico (el cual podrá ser consultado en la página web del centro).

La relación y fecha de las diversas actividades, junto con todo tipo de información y documentación sobre la asignatura, se publicará en el Anillo Digital Docente (ADD) de la Universidad de Zaragoza.

A título orientativo:

  • Cada semana hay programadas 3h de clases magistrales.
  • Aproximadamente cada dos semanas el estudiante realizará una práctica de laboratorio.
  • Las actividades adicionales que se programen (trabajos, pruebas, seminarios, etc.) se anunciarán con suficiente antelación, tanto en clase como en el ADD.
  • Las fechas de los exámenes y pruebas de convocatoria oficial las fijará la dirección del Centro.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

La bibliografía de la asignatura se podrá consultar en este enlace:
http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30025&year=2019